1 概述
大體積混凝土是指最小斷面尺寸大於1m 以上的混凝土結構。與普通鋼筋混凝土相比, 具有結構厚, 體形大、混凝土數量多、工程條件複雜和施工技術要求高的特點。
大體積混凝土在硬化期間, 一方面由於水泥水化過程中將釋放出大量的水化熱, 使結構件具有「熱漲」的特性; 另一方面混凝土硬化時又具有「收縮」的特性, 兩者相互作用的結果將直接破壞混凝土結構, 導致結構出現裂縫。因而在混凝土硬化過程中,必須採用相應的技術措施, 以控制混凝土硬化時的溫度, 保持混凝土內部與外部的合理溫差, 使溫度應力可控, 避免混凝土出現結構性裂縫。
2 大體積混凝土裂縫產生的原因
大體積混凝土墩台身或基礎等結構裂縫的發生是由多種因素引起的。各類裂縫產生的主要影響因素如下:
( 1) 收縮裂縫。混凝土的收縮引起收縮裂縫。收縮的主要影響因素是混凝土中的用水量和水泥用量, 用水量和水泥用量越高, 混凝土的收縮就越大。
選用的水泥品種不同, 其乾縮、收縮的量也不同。
( 2) 溫差裂縫。混凝土內外部溫差過大會產生裂縫。主要影響因素是水泥水化熱引起的混凝土內部和混凝土表面的溫差過大。特別是大體積混凝土更易發生此類裂縫。
大體積混凝土結構一般要求一次性整體澆築。澆築後, 水泥因水化引起水化熱,由於混凝土體積大, 聚集在內部的水泥水化熱不易散發, 混凝土內部溫度將顯著公升高, 而其表面則散熱較快, 形成了較大的溫度差, 使混凝土內部產生壓應力, 表面產生拉應力。此時, 混凝齡期短, 抗拉強度很低。
當溫差產生的表面抗拉應力超過混凝土極限抗拉強度, 則會在混凝土表面產生裂縫。
( 3) 材料裂縫。材料裂縫表現為龜裂,主要是因水泥安定性不合格或骨料中含泥量過多而引起的。
3 大體積混凝土裂縫控制的理論計算
工程例項: 武漢市中環線南段××標段××號橋墩直徑為1.2m, 混凝土及其原材料各種原始資料及引數為:
一是c30 混凝土採用 礦渣矽酸鹽水泥, 其配合比為: 水: 水泥:
砂: 石子:粉煤灰( 單位kg) =158:
298: 707: 1204:
68( 每立方公尺混凝土質量比) , 砂、石含水率分別為3%、0%, 混凝土容重為2 440kg/m3。
二是各種材料的溫度及環境氣溫: 水18℃, 砂、石子23℃, 水泥25℃, 粉煤灰25℃, 環境氣溫20℃。
3.1 混凝土溫度計算
( 1) 混凝土拌和溫度計算: 公式t0=∑timici/∑mici 可轉換為:t0=[0.
9 (mctc+msts+mgtg+mftf) +4.2tw(mw - psms - pgmg) +c1 ( psmsts +pgmgtg) - c2( psms+pgmg) ]÷[4.2mw+0.
9(mc+ms+mg+mf) ]
式中: t0 為混凝土拌和溫度; mw、mc、ms、mg、mf—水、水泥、砂、石子、粉煤灰單位用量( kg) ; tw、tc、ts、tg、tf—水、水泥、砂、石子、煤灰的溫度( ℃) ; ps、pg—砂、石含水率(%) ; c1、c2—水的比熱容(kj/kg?k) 及溶解熱(kj/kg) 。
當骨料溫度》0℃時, c1=4.2, c2=0; 反之c1=2.1, c2=335。
本例項中的混凝土拌和溫度為:t0=[0.9 ( 298×25+707 ×23+1204 ×23+68×25) +4.
2×18 ( 158- 707×3%) +4.2×3%×707×23]÷[4.2×158+0.
9( 298+707+1204+68) ]=21.02℃。
( 2) 混凝土出機溫度計算: 按公式t1=t0- 0.16( t0- ti)式中:
t1—混凝土出機溫度( ℃) ; t0—混凝土拌和溫度( ℃) ; ti—混凝土攪拌棚內溫度( ℃) 。
本例中, t1=21.02- 0.16×( 21.02- 25) =21.7℃。
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